任意形状を有するFRP積層殻の動応答に対する積層構成の適正化に関する研究

• 研究課題/領域番号: 03650199
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械力学・制御工学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 山田 元 北海道大学, 工学部, 教授 (10001166)
• 研究期間 (年度): 1991
• 研究課題ステータス: 完了 (1991年度)
• 配分額: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円); 1991年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
• キーワード: 動応答 / FRP積層殻 / 任意形状殻 / 固有振動数 / 積層構成 / 適正化

研究概要

本研究は、重量当りの高い強度とこわさを有する複合材料の一つであるFRPから積層された殻構造物に、点入力あるいは局所入力が作用したときの動的応答の低減を目的としている。このため、積層枚数、繊維配向角、積層順序など殻の動特性に影響を及ぼす積層パラメ-タに着目し、以下のような手順で研究を実施した。
1.ガラス/エポキシ、ボロン/エポキシ、グラファイト/エポキシなど実在のFRP材料の基本特性を調査し、比較検討した。
2.任意形状を有する積層殻として、本研究では、軸対称積層殻を取り上げ、積層殻の厚さが薄い場合を想定して、積層間のすべりを考えに入れない古典積層理論と殻の回転慣性とせん断変形を無視した古典殻理論とを用い、殻のひずみエネルギ-と運動エネルギ-を解析的に求め、Hamiltonの原理に基づいて運動方程式と境界条件を誘導した。
3.この方程式を、子午線方向に関する伝達マトリックスを用いた連立1階常微分方程式に変形し、殻両端の境界条件が固定あるいは単純支持の場合に適用し、振動数方程式を導いた。
4.これらの解析結果をもとに、高速ワ-クステ-ションを用いて数値計算を実施し、軸対称積層殻の固有振動数と固有モ-ドを求め、上記積層パラメ-タ-の影響を数値的に明らかにした。
これらの研究成果は平成4年9月長野市で開催される日本機械学会第70期全国大会講演会で発表の予定である。
以上は、研究実施計画のうちの前段であるが、殻の過渡応答計算法の確立とこれに基づく広範な数値計算の実施によって明らかとなる、積層構成の適正化に関する検討は今後の研究課題としたい。